制动器设计及计算实例

制动器设计及计算实例第１页共24页制动扭矩：领蹄：111KrFM从蹄：222KrFM求出1K、2K、1F、2F就可以根据计算出制动器的制动扭矩。一．制动器制动效能系数1K、2K的计算1．制动器蹄片主要参数：长度尺寸：A、B、C、D、r（制动鼓内径）、b（蹄片宽）如图1所示；角度尺寸：、e（蹄片包角）、（蹄片轴中心---毂中心连线的垂线和包角平分线的夹角，即最大单位压力线包角平分线的夹角，随磨擦片磨损而增大）；为蹄片与制动鼓间磨擦系数。2．求制动效能系数的几个要点1）制动时磨擦片与制动鼓全面接触，单位压力的大小呈正弦曲线分布，如图2，maxP位于蹄片轴中心---毂中心连线的垂线方向，其它各点的单位压力sinmaxPP；2）通过微积分计算，将制动鼓与磨擦片之间的单位压力换算成一个等效压力，求出等效压力的方向和力的作用点1Z、2Z（1OZ、2OZ），等效力P所产生的摩擦力1XOZ（等于P）即扭矩(需建立M和蹄片平台受力F之间的关系)；实际计算必须找出M与F之间的关系式：KrFM制动器设计及计算实例第２页共24页3)制动扭矩计算蹄片受力如图3：a.三力平衡领蹄：111OEHM从蹄：222OEHMb.通过对蹄片受力平衡分析（对L点取力矩）1111GLHbaF1111/GLbaFH11111/GLOEbaFM111KrFM1111GLOErBAK同理：2222GLOErBAKc.通过图解分析求出1OE、2OE、11GL、22GL与制动器参数之间的关系，就可以计算出1K、1K。3．具体计算方法：11KlK；1'2KlKrBAl；rCBK221)在包角平分线上作辅助圆，求Z.圆心通过O点，直径＝eeersin2sin4制动器设计及计算实例第３页共24页画出角线与辅助圆交点，即Z点等效法向分力作用点。2)Z点：P与P的合力1Htg、1/sinHPsin/1PH（制动鼓对制动踢的作用合力）3)蹄片还受力1F和1Q，与1H力平衡，1F力与1H力相交于'Z，将'Z蹄片轴心相连，此即力1Q的方向，1Q、1F、1H三力平衡，就可根据有关参数求出1K、1K（详见汽车设计第二版）。eeesin2sin4；)sinsin(1tgeeeetg；coscossin；'coscossin'；1tg；制动器设计及计算实例第４页共24页；'根据制动器的有关参数,就可计算不同时，制动器领蹄和从蹄的制动效能系数1K、2K。例：【EQ140计算结果】EQ140恒力原阳（后）EQ1070(后）0.20.30.350.40.450.41K0.6161.1391.5041.9722.6282.0111.9961.9642K0.350.4740.5270.5760.6210.5740.5710.5821/KKi0.5680.4160.350.2920.2630.2850.2860.295摩擦片上最大单位压力位于角处：)sin())90(cos()cos(110xx摩擦片上单位压力的分配：)cos(maxppmaxP位于与x-x成角处。单位压力在x、y方向上分解：P分解为：cosPPxsinPPycos)cos(maxPPx)cos(sinmaxPPy对整个蹄片x-x方向上合力为：22rdbPPxxcos)sin(21maxrbP同样y-y方向上合力为：制动器设计及计算实例第５页共24页cos)sin(21maxrbPPy合力角度xycPPtg＝tgsinsin)sinsin(1tgtgc等效压力：22yxPPP或cxPPcos/方向通过，crbPPcos/cos)sin(21max以上是固定销式求合力的方法（含合力的角度c）摩擦力矩：crPT，c为常数；（另外，摩擦力矩T还可以用积分方法求：rdbPrT22＝cos2sin2max2Pbr）crbPPcos/cos)sin(21maxrdbPrT22＝cos2sin2max2Prbcos)sin(21cos2sin2maxmax2rbPrPrbrPTcccossin2sin力矩：制动器设计及计算实例第６页共24页crPTcossin2sin4crPOZZMcr由制动器的几何尺寸(、)确定。总等效压力：由P与输入力F的关系可作图求出（力平衡）故可得出：BEFrFT式中BEF为制动器效率因数。车型制动鼓直径K（前桥）K（前桥）3.04.01K2K1K2K12/KKiEQ1404201.1390.4741.9720.5760.292EQ1061（恒力）3202.0110.5740.285EQ1061（原阳）3201.9960.5710.286EQ10703201.9640.580.295JN1504401.20670.48132.14940.58340.271JN1614201.20940.48052.1580.58220.27注：1.对于凸轮式气制动,蹄片轴作支承=0.4时,1K均为2左右,2K均为0.58左右,2.行程相同,磨损相同,21MMM2211KrFKrF宏观看:制动器设计及计算实例第７页共24页21MM2211KrFKrFiFFKK2121rFKM112rFK2223.对于油刹和楔块式制动器FFF21)(21KKrFMKrF资料介绍的BEF即21KK领蹄:111KrFM从蹄：222KrFM21MMM4.带蹄片轴的气刹式制动器21MM;iFFKK2121rFKrFKM2211225.对带蹄片轴的油刹制动器及楔形制动器:21MM但FFF21rKKFM)(211rKF制动器设计及计算实例第８页共24页二.凸轮推力及行程的计算凸轮气刹制动器:rFKrFKM221122制动器的效能系数确定后,制动扭矩决定于对蹄片的推力和制动鼓的直径对蹄片的推力取决于气室的推力,调整臂的长度及凸轮的形状凸轮推动蹄片的力矩:LPMd推动蹄片的力:eMFFd21上式中e表示凸轮的力臂，表示凸轮推蹄片的效率21FiF)1(2ieMFd一个制动器的扭矩)(22222iieMrKrFKMd或：)(21iieMriKMd所以要确定dM、e、。对凸轮的设计分析(包括升程)1.几种制动凸轮的介绍制动凸轮曲线有渐开线,圆弧,阿基米德螺线.渐开线配滚轮结构是鼓式制动器的常用结构，它具有效率高，性能稳定的优点，从EQ245开始采用。1)圆弧凸轮特点：既不等力臂也不等升程是从40年代开始使用的易于加工的凸轮，力臂和升程均随凸轮转角的变化而变化。为了提高效率，保证制动力矩的稳定，这种结构已越来越少，取而代之的是渐开线凸轮配带滚轮的蹄片，而且滚轮与滚轮轴之间保证有润滑，有密封。制动器设计及计算实例第９页共24页曲率半径：常数）(0RR曲率圆中心：2F凸轮中心：常数bOcc)sin()cos(0xxbRbtg)sin()cos(0xxxbbd)cos()sin(000xxxbrbReex制动凸轮对蹄片的推力1F、2F制动气室推力调整臂长度＝dM圆弧凸轮为40年代产品延用至今用于EQ140，EQ240，90年代又开始用于EQ1061（气制动）和EQ1070（气制动）分析计算如下：A．计算1F、2FB．计算、e、h的回位力矩OBOAe0力臂：)sin(00xxee效率：)()sin(11000xxctgxxeR取19.0凸轮升程：axxeRh)cos(00（应保证磨擦片磨损后仍有足够的升程）制动器设计及计算实例第１０页共24页力臂：)sin(00xxee升程：abh)cos(00xxeRb)cos(00xxeaRhbFFeFFMd)()(2121)()(21beFFbeebFFeFFeFF)21()()2121（＝输入输出为凸轮与制动蹄片间的摩擦系数，对带滚轮的蹄片取＝0.07，对带平台的蹄片取＝0.19eMbeMFFdd2121FF与dM（与气室、推杆行程有关）、e、b（与0x、0e、x有关）、有关。2)渐开线凸轮形成：任意B点)(0rAC由ΔOBC得：tgrBC0由于BCACtgrro)(0tg（、均用弧度表示）B点沿曲线移动时，OB将转动，和也改变，上面导出的角之间的相互关系的函数称为渐开线函数制动器设计及计算实例第１１页共24页tg称为角的渐开线函数invinv＝tg特点：等力臂渐开线凸轮是力臂恒等的凸轮，基圆直径在之间，基圆直径再减小，F可增大，但影响回位力矩和升程。基圆直径大，能保证有足够高的升程，但尺寸A也较大。3.阿基米德螺线凸轮形成：在等速旋转的圆的固定半径上作等速直线运动的点的轨迹特点：等升程阿基米德螺线凸轮可近似认为是等升程的凸轮,升程的大小由确定，凸轮尺寸A决定于0。凸轮中心至曲率cOC，矢量与公法线夹角某点曲率半径RAC曲线方程：)2/()(223220aaRaOA制动器设计及计算实例第１２页共24页)2/()(cos222RRc凸轮转角：xsin)(0ad压力脚cossinrtg22222222322222)2()(aaaaccos)(0aecoscos)(0prax3）楔形制动器特点：直接将气室的推力转换成对蹄片的推力，效率高。蹄片可做成具有两个自由段的中等自增益制动器，故而可用较小的气室或较小的制动轮鼓径。但是：（1）蹄片磨损不均（21FF）制动器设计及计算实例第１３页共24页（2）热负荷大（3）偏摩较明显制动凸轮力臂e：凸轮转角0102030405060708090力臂(e)圆弧凸轮EQ140910.6812.3913.5414.2814.5914.4513.8912.8811.5恒力56.497.788.839.6210.1110.310.179.2Skada70RT7.999.1810.0810.6710.9410.8810.499.788.777.5渐开线凸轮EQ1141G前10EQ1141G后12Steyr12.5贝利埃GCH13田野12/14.5阿基米德螺线凸轮Sdata-1972Dina接触点曲率半径：)2()(222322aaR凸轮中心――接触点曲率中心：22222222322222)2()(aaaac凸轮中心――接触点连线与接触点法线之间的夹角)2/()(cos222RRce力臂sin)(0a